数字信号处理程资料

1、数字(shz)信号处理2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学(kxu)与技术系1共三十九页教材(jioci)与参考书教材：数字信号处理教程（第二版） 程佩青，清华大学(qn hu d xu)参考书：数字信号处理 郑南宁，西安交大Discrete Time Signal Processing Alan V.Oppenheim & Ronald W.Schafer 2nd Edition, Prentice-Hall，2001离散时间信号处理 奥本海姆，高教信号与系统 郑君里，高教2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系2共三十九页绪论(xln)一、信号、系统与信号处

2、理的基本概念二、数字信号处理系统的基本组成三、数字信号处理的特点四、数字信号处理的学科概貌五、数字信号处理的应用六、本课程的主要(zhyo)内容2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系3共三十九页一、数字(shz)信号处理的基本概念DSP(Digital Signal Processing)是近几十年发展起来(q li)的一门新兴学科。DSP是利用计算机或专用设备，以数值计算的方法对信号进行采集、变换、综合、估值、识别等加工处理，以达到提取信息和便于应用的目的的一门学科。2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系4共三十九页1、信号(xnho)概念信号: 信号

3、是传输信息的函数(hnsh)，是信息的物理表现形式，或表示物理系统状态或行为；而信息是信号的具体内容。通俗地讲，信息就是有用的消息。消息不等于信息，同一消息可含有不同的信息量。一般信号是一个或多个独立变量的函数。(e.g.: i(t),v(t),g(x,y).独立变量: 时间、距离、速度、位置、温度和 压力等。2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系5共三十九页信号(xnho)分类信号分类： 依载体：电、磁、声、光、热、机械信号； 依维数： 一维、二维、多维(矢量)信号； 依周期： 周期信号x(t)=x(t+kT)、非周期信号; 依确定性：确定性信号、随机信号； 依能量(nn

4、gling)或功率是否有限： 能量(nngling)、功率信号； 依连续性：连续信号(模拟)、离散信号(数字)；2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系6 波形：信号幅度随独立变量变化的函数，通常 一维信号的独立变量为时间。共三十九页信号(xnho)分类（续）传感器得到的信号都要先变成电信号(连续时间信号)。连续时间信号：用电压或电流(dinli)去模拟其他物理量所得到的信号，独立时间变量连续有定义x(t) 。模拟信号：信号幅值连续有定义的连续时间信号。离散时间信号：由连续时间信号经离散化得到，亦可客观存在，独立时间变量在离散时间点有定义x(nT)。数字信号：在时间上和幅度上

5、都是离散的信号，它可由模拟信号经离散和量化得到，亦可客观存在。本质上，它只是一系列的“数”，且通常用二进制编码表示。关系：连续时间信号采样 离散时间信号量化 数字信号模拟经A/D变换得数字；数字经D/A变换得模拟。2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系7共三十九页连续时间信号(xnho)转换为数字信号(xnho)举例1. 连续时间(shjin)信号：CTS(Continuous Time Signal/Analog Signal )x(t)2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系8（在离散时间点上取值）2. 离散时间信号：DTS (Discrete Tim

6、e Signal/Sequence) xn共三十九页离散(lsn)时间信号例子（1）股票指数：2022/7/25大连海事大学信息(xnx)学院电子信息(xnx)科学与技术系9人口统计：共三十九页离散(lsn)时间信号例子（2）温度(wnd)测量2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系10共三十九页离散时间信号(xnho)例子（3） 连续信号(xnho)的离散化：2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系11共三十九页离散时间(shjin)信号例子（4） 2022/7/25大连海事大学信息(xnx)学院电子信息(xnx)科学与技术系12 音乐信号 ： 图 象 ：

7、共三十九页2、系统(xtng)概念系统：处理信号的物理(wl)设备。软件编程（运算或操作）也可看成为系统。系统依所处理的信号种类可分为四类：模拟系统、连续时间系统、离散时间系统、数字系统。系统依性质可分为：线性的或非线性的、时（移）不变的或时（移）变的、因果的或非因果的系统等。2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系13共三十九页3、信号处理(xn ho ch l)概念信号处理是指利用(lyng)适当的系统对信号进行处理（变换）。数字信号处理的内容包括： 信号表示：时域和频域表示； 信号变换：DTFT、DFT、ZT，以及FFT； 信号处理：滤波、压缩、调制及解调和 信号分析;

8、 信号运算：延迟、加、减、乘和卷积。2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系14共三十九页二、数字信号处理(xn ho ch l)系统基本组成模拟信号的数字化处理系统(xtng)构成：2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系15前置预滤波器 A/D变换器数字信号处理器 D/A 变换器模拟 滤波器xa(t) x(n) y(n) ya(t) y(t) x(t) 各单元的作用：前置预滤波器：滤除高于某一频率的信号，防混迭。A/D变换器：完成抽样和量化，实现数字化。数字信号处理器：输入序列经处理得到输出序列。 D/A变换器：数字信号变换成模拟信号。模拟滤波器：滤除不

9、需要的高频分量。共三十九页3. 数字信号处理(DSP)的实现(shxin)方法：软件：指的是按照原理和算法，自己编写程序或者采用现成的程序在通用计算机上实现。软件法灵活，但速度慢，达不到实时处理要求。专用硬件：指的是按照具体的要求和算法，设计硬件结构图，用乘法器、加法器、延时器、控制器、存储器以及输入输出接口部件实现的一种方法。硬件法速度快，但是不够灵活。通用DSP芯片：采用专用的数字信号处理芯片（DSP）是目前发展最快、应用最广的一种方法。它内部配有乘法器和累加器，结构上采用流水线工作方式以及并行结构、多总线，且配有适合数字信号处理的指令，这种产品已经进入市场，速度高、体积小、性能优良(yu

10、ling)，价格也在不断下降。2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系16共三十九页数字信号处理(xn ho ch l)过程的波形示意图A/D变换(binhun)：(抽样与量化）2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系17-30123435474nT2T-1共三十九页数字信号处理(xn ho ch l)过程的波形示意图（续）数字(shz)信号处理器：(DSP)2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系18y(n)01234n共三十九页数字(shz)信号处理过程的波形示意图（续）D/A变换器： （平滑(pnghu)）模拟滤波器：2022/7/2

11、5大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系190y(t)共三十九页三、数字(shz)信号处理的特点优点：精度高 模拟系统：由元器件确定（10-3）； 数字系统：由字长确定，由8位到16、32、64位， 数字信号可存储、传送。2. 灵活性高 数字系统的性能(xngnng)主要由乘法器的系数决定。 3. 可靠性高 只有“0”和“1”两个电平，受温度噪声影响小。4. 容易集成 规范性高，电路参数要求不高，体积小、重量轻。2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系20共三十九页数字信号处理(xn ho ch l)的优点（续）5. 时分复用2022/7/25大连海事大学信息学院(xuyu

12、n)电子信息科学与技术系21数字信号处理器同步多路开关多路开关输出输入.共三十九页数字(shz)信号处理的优点（续） 6. 可获得高性能指标 如频谱分析：模拟方法10Hz; 数字方法10-3Hz.7. 便于二维与多维处理 用存储一祯或数祯图象信号，实现二、多 维处理。缺点： 1. 增加(zngji)复杂性（e.g.:A/D和D/A）； 2. 速度不够高，工作频率也不够高(几十MHz以下)。2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系22共三十九页四、数字(shz)信号处理的学科概貌1. 信号的采集： 实现信号的数字化，包括取样(qyng)、量化。2. 信号的分析： 信号描述与运算

13、，各种变换，时、频域分析，DFT。3. 系统分析： 线性系统与非线性系统，时变系统与时不变系统， 线性时（移）不变系统，因果系统与非因果系统， 线性时（移）不变因果系统。4. 快速算法： FFT, WFT，快速卷积、相关算法。5. 数字滤波技术：(1) IIR数字滤波器的分析与设计；(2) FIR数字滤波器的分析与设计。6. 功率谱估计与相关函数估计。7. 信号压缩（语音、图像）。8. 信号建模（AR、MA、ARMA）。2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系23共三十九页五、数字信号处理(xn ho ch l)的应用与发展应用：（1）滤波与变换：数字滤波/卷积、相关；（2）

14、通信：各种调制/解调、自适应(shyng)均衡、纠错、扩频、加/解密、回波对消、IP电话、软件无线电；（3）语音、语言：邮件、压缩、录音、识别、合成；（4）图形图像：压缩增强、复原重建、分割、识别、动画、视觉；（5）消费电子;（6）仪器仪表：（7）工控自动化；（8）医疗；（9）军事；雷达、声纳、导航、GPS、卫星、航空航天。2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系24共三十九页DSP应用(yngyng)举例（1） 滤波选频滤波e.g.:多正弦(zhngxin)信号：2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系25共三十九页DSP应用：回波(hu b)对消(I)（

15、2） 回波对消（来自(li z)远方的输入信号既耦合至耳机， 又耦合至话筒传回去，产生回声）2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系26共三十九页DSP应用(yngyng)：回波对消(II)对消方法：（将输入(shr)一方面送入混合线圈，另一方面又送入自适应滤波器与泄露至话筒的回声进行对消）2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系27共三十九页应用：语音(yyn)处理（3） 语音处理均衡;编码与压缩(y su)多声道模拟、混响效果2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系28共三十九页应用(yngyng)：信号预测（4） 信号(xnho)预测

16、2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系29共三十九页应用：信号(xnho)传送（5） 语音(yyn)传输2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系30共三十九页应用(yngyng)：图象处理（I）（6） 图像处理(t xin ch l)：边缘检测2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系31共三十九页应用(yngyng)：图象处理（II） 2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学(kxu)与技术系32边沿检测原理： 边沿信号xn: 边沿检测滤波器hn:共三十九页数字信号处理(xn ho ch l)的应用与发展（续）发展方向：（1）数

17、字汇聚（融合）：信号处理、通信、计算机；（2）远程会议；（3）融合网络：公众通信网、计算机网、家庭网；（4）数字图书馆；（5）图文信息检索；（6）多媒体通信；（7）个人信息终端：PDA、个人(grn)通信系统。2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系33共三十九页六、本课程的主要(zhyo)内容第一章 离散时间信号与系统(复习）第二章 Z变换（复习）第三章 离散傅立叶变换（DFT）第四章 快速傅立叶变换（FFT）第五章 数字(shz)滤波器的基本结构第六章 IIR数字滤波器的设计方法第七章 FIR数字滤波器的设计方法第八章 数字信号处理器简介 第九章 上机实验2022/7/2

18、5大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系34共三十九页课程内容纲要(gngyo)2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学(kxu)与技术系35共三十九页信号分析基本(jbn)方法2022/7/25大连海事大学信息(xnx)学院电子信息(xnx)科学与技术系36共三十九页系统实现(shxin)问题（1）DSP的实现：A/D，D/A，DSP器件等；（2）数字系统的设计与实现；（3）信号处理(xn ho ch l)的实现、快速算法、系统效率与稳定性。2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系37共三十九页本课程(kchng)的特点 1. 数学工具多 微积分，概率统计，随机过程，高等代数， 数值分析，积分变换(binhun)，复变函数等。 2. 要求基础强 网络理论、信号与系统是本课程的理论基础。 3. 与其它学科密切相连 与最优控制、通信理论、故障诊断、计算机、 微电子技术不可分，又是人工智能、模式识别、 神经网络等新兴学科的理论基础之一。2022/7/25大连海事大学信息学院电子信息科学与技术系38共三十九页内容摘要数字信号处理。DSP(Digital Sign